專利名稱：具有含介質(zhì)鰭片的絕緣導體的離子植入機終端結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般是關于離子植入，特別是關于具有含介質(zhì)鰭片的絕緣導體的離子植入 機終端結(jié)構(gòu)。
背景技術：
離子植入是一種將雜質(zhì)引入半導體晶圓的標準技術。在離子植入工藝中，所希望 的雜質(zhì)材料可在離子源中電離，來自離子源的離子被加速以形成預定能量的離子束，并且 離子束被指向半導體晶圓的前表面。離子束中的高能離子可穿入半導體晶圓的主體部份并 嵌入半導體材料的晶格(crystalline lattice)。離子束可藉由束(beam)移動、晶圓移動 或束移動和晶圓移動的組合而分布于半導體晶圓的一定區(qū)域上。離子植入機具有終端結(jié)構(gòu)。終端結(jié)構(gòu)有時被稱為“終端”或“高壓終端”，并可由導 電材料(諸如金屬)來制造。終端結(jié)構(gòu)可具有不同的幾何形狀以定義一空腔，并且離子源 至少部分地設置于空腔內(nèi)。終端結(jié)構(gòu)被賦能至終端電壓以輔助來自離子源的離子的加速。 終端結(jié)構(gòu)以及離子植入機的其他組件和子系統(tǒng)典型地被接地外殼(grounded enclosure) 包圍。當離子植入機運行時，接地外殼可保護人員免受高壓的危險。習慣上使用空氣來隔離終端結(jié)構(gòu)與該接地外殼。然而，由于在半導體晶圓的批量 制造(volume manufacturing)中接地外殼的尺寸是有限的，終端結(jié)構(gòu)和接地外殼之間的空 氣間隙的距離受到了制約。因此，大部分現(xiàn)有習知的離子植入機將終端結(jié)構(gòu)的電壓限制到 約200千伏(kV)。有鑒于此，可以理解當前的終端結(jié)構(gòu)技術存在顯著的問題和缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露了一種具有含介質(zhì)鰭片的絕緣導體的離子植入機終端結(jié)構(gòu)。在一實施 例中，離子植入機終端結(jié)構(gòu)可由含一個或多個介質(zhì)鰭片的絕緣導體來實現(xiàn)。例如，離子植入 機包括配置成提供離子束的離子源。離子植入機還包括定義空腔的終端結(jié)構(gòu)，其中離子源 至少部分地設置于空腔內(nèi)。離子植入機還包括具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體，介質(zhì)鰭片 設置于終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改變電場。根據(jù)本實施例的其他方面，絕緣導體可配置成被賦能至第一電壓，并且終端結(jié)構(gòu) 可配置成被賦能至第一電壓。根據(jù)本實施例的其他方面，第一電壓為至少400kV。根據(jù)本實施例的其他方面，離子植入機包括耦接至終端結(jié)構(gòu)和絕緣導體的托架 (bracket)，并且托架配置成將絕緣導體支撐于上述外部的附近。根據(jù)本實施例的另一方面，終端結(jié)構(gòu)的外部還包括終端結(jié)構(gòu)的頂部邊緣的周邊及 終端結(jié)構(gòu)的底部邊緣的周邊。同樣，絕緣導體還包括設置于頂部邊緣的周邊附近的頂部絕 緣導體，及設置于底部邊緣的周邊附近的底部絕緣導體。根據(jù)本實施例的另一方面，絕緣導體包括設置于絕緣體內(nèi)的分段(grading)導體。根據(jù)本實施例的其他方面，絕緣體可包括定義內(nèi)部的管狀構(gòu)件，分段導體設置于 內(nèi)部內(nèi)。根據(jù)本實施例的其他方面，絕緣體可包括氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚酰亞胺。根據(jù)本實施例的另一方面，離子植入機包括至少一絕緣導體，絕緣導體包括設置 于終端結(jié)構(gòu)的外部附近的第一介質(zhì)鰭片和第二介質(zhì)鰭片。根據(jù)本實施例的另一方面，終端結(jié)構(gòu)的外部包括終端結(jié)構(gòu)的第一側(cè)及終端結(jié)構(gòu)的 第二側(cè)，并且其中第一介質(zhì)鰭片設置于終端結(jié)構(gòu)的第一側(cè)附近，以及第二介質(zhì)鰭片設置于 終端結(jié)構(gòu)的第二側(cè)附近。根據(jù)本實施例的另一方面，離子植入機可包括至少一絕緣導體，絕緣導體包括設 置于終端結(jié)構(gòu)的外部附近的第一介質(zhì)鰭片、第二介質(zhì)鰭片和第三介質(zhì)鰭片。根據(jù)本實施例的另一方面，第一介質(zhì)鰭片、第二介質(zhì)鰭片和第三介質(zhì)鰭片設置于 終端結(jié)構(gòu)的一側(cè)附近。根據(jù)本實施例的其他方面，第一介質(zhì)鰭片、第二介質(zhì)鰭片和第三介質(zhì)鰭片中之至 少一者以不同長度來制造。根據(jù)本實施例的其他方面，此至少一介質(zhì)鰭片可包括分布于絕緣導體的圓周面附 近的多個介質(zhì)鰭片。根據(jù)本實施例的另一方面，多個介質(zhì)鰭片均勻地分布于絕緣導體的圓周面附近。根據(jù)此實施例的另一方面，多個介質(zhì)鰭片非均勻地分布于絕緣導體的圓周面附 近。在另一實施例中，離子植入機終端結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)為一種改良離子植入機的穩(wěn)健性的 方法。此方法可包括從離子源產(chǎn)生離子束，離子源至少部分地設置于由終端結(jié)構(gòu)定義的空 腔內(nèi)，并且利用具有設置于終端結(jié)構(gòu)的外部附近的至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體來改變電 場。根據(jù)本實施例的其他方面，改變電場包括利用具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體來 改變切向電場。根據(jù)本實施例的其他方面，改變電場還包括利用具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體 來增加追蹤距離。根據(jù)本實施例的其他方面，藉由在絕緣導體的圓周面附近設置多個介質(zhì)鰭片來利 用絕緣導體以改變電場。在另一個實施例中，離子植入機終端結(jié)構(gòu)可利用含一個或多個介質(zhì)鰭片的絕緣導 體來實現(xiàn)。例如，離子植入機可包括具有含至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體的終端結(jié)構(gòu)，介質(zhì)鰭 片設置于終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改變電場。根據(jù)本實施例的其他方面，離子源還包括配置成提供離子束的離子源。根據(jù)本實施例的其他方面，離子源還包括耦接至終端結(jié)構(gòu)和絕緣導體的托架，托 架配置成將絕緣導體支撐于外部附近。根據(jù)本實施例的其他方面，絕緣導體包括設置于絕緣體內(nèi)的分段導體。在另一個實施例中，終端結(jié)構(gòu)可由具有一個或多個介質(zhì)鰭片的絕緣導體來實現(xiàn)。例如，終端結(jié)構(gòu)可包括具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體，介質(zhì)鰭片設置于終端結(jié)構(gòu)的外部 附近以改變電場。將參照附圖所示的范例性實施例更詳細地描述本發(fā)明。雖然下文參照范例性實施 例來描述本發(fā)明，但應該理解本發(fā)明并不限于此。獲得本案教導的本領域熟知此項技術者 將意識到落在本發(fā)明范圍內(nèi)并且本發(fā)明對其特別有用的其他實施方式、變更、實施例及其 他使用領域。


為了便于更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖，其中相似的標號表示相似的元件。這 些附圖不應解釋為限制本發(fā)明，而旨在作為范例性的解釋。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的離子植入機的方框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1的離子植入機終端結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖2的線A-A的絕緣導體的一實施例的橫截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3所示的實施例的電場應力的曲線圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖2的線A-A的絕緣導體的另一實施例的橫截面 圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的圖5所示的實施例的電場應力的曲線圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例沿圖2的線A-A的絕緣導體的另一實施例的橫截面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的圖7所示的實施例的電場應力的曲線圖。100:離子植入機102 離子源103 絕緣導體104 終端結(jié)構(gòu)105 終端電子裝置106:氣體盒107:擷取電源109:速電源110:空腔111 空氣間隙112:接地外殼118:控制器120 質(zhì)量分析器122 解析孔124 掃描器126 角度修正磁鐵128 端站140 工件142:壓盤150:晶圓處理系統(tǒng)152:離子束201 頂部絕緣導體202 頂部203 底部絕緣導體204 直立側(cè)壁205 絕緣體208:托架240:門242 柄270 頂部邊緣272 底部邊緣275 基座302 導體308 導體310:電源319:中心320 介質(zhì)鰭片Dl 距離D2 距離D3 距離
ODl 外徑OSl 偏離距離
具體實施例方式本發(fā)明的實施例藉由提供介質(zhì)鰭片以改變沿離子植入機中的跟蹤路徑的電場分 布來克服離子植入機所使用的現(xiàn)有終端結(jié)構(gòu)的不足和缺點。應當注意的是，盡管下文中的 描述是參照離子植入機終端結(jié)構(gòu)來進行，但本終端結(jié)構(gòu)可與其他裝置一起使用來改變導體 結(jié)構(gòu)附近的電場。因此，本發(fā)明并不限于下述實施例。參照圖1，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的離子植入機100的方框圖。離子植入機 100可包括終端結(jié)構(gòu)104，其有時被稱為“終端”或“高壓終端”。終端結(jié)構(gòu)104可由導電材 料(諸如金屬)制造。離子植入機100還包括設置于終端結(jié)構(gòu)104的外部附近的絕緣導體 103，以改變終端結(jié)構(gòu)104周圍的電場。終端結(jié)構(gòu)104和關聯(lián)的絕緣導體103可用于本領域 熟知此項技術者習知的許多離子植入機內(nèi)。因此，圖1中的離子植入機100僅是離子植入 機的一實施例。離子植入機100還包括離子源102、氣體盒106、質(zhì)量分析器120、解析孔122、掃描 器124、角度修正磁鐵126、端站128以及控制器118。離子源102配置成提供離子束152。 離子源102可產(chǎn)生離子并包括從氣體盒106接收氣體的離子腔。氣體盒106可提供要電離 的氣體源至離子腔。另外，氣體盒106還可包含其他組件(諸如電源)。電源可包括弧、細 絲和運行離子源102的偏置電源。離子源和氣體盒的結(jié)構(gòu)和操作是本領域熟知此項技術者 所習知的。質(zhì)量分析器120可包括一解析磁鐵，其偏轉(zhuǎn)離子使得所希望的離子種類經(jīng)過解析 孔122，而不希望的種類不經(jīng)過解析孔122。盡管為了便于清楚說明，顯示了約45度的偏 轉(zhuǎn)，但質(zhì)量分析器120可依據(jù)離子種類的質(zhì)量及電荷狀態(tài)的不同將所希望的離子種類偏轉(zhuǎn) 90度，并將不希望的離子種類偏轉(zhuǎn)不同的角度。掃描器124 (位于解析孔122的下游)可包 括用以掃描離子束152的掃描電極。角度修正磁鐵126偏轉(zhuǎn)所希望的離子種類的離子以將 散發(fā)的離子束路徑轉(zhuǎn)換成具有實質(zhì)平行的離子軌道(trajectory)的近似準直的離子束路 徑。在一實施例中，角度修正磁鐵126將所希望的離子種類的離子偏轉(zhuǎn)45度。端站128可將一個或多個工件140 (例如，晶圓和/或待植入的其他材料)支撐于 離子束152的路徑中，使得所希望的離子種類植入于各工件140內(nèi)。各工件140可由壓盤 142支撐。端站128可包括本領域習知的其他組件和子系統(tǒng)，例如，晶圓處理(handling)系 統(tǒng)150，以將工件140從不同停候處(holding area)物理移動到壓盤142以及從壓盤142 來移動工件140。當晶圓處理系統(tǒng)150從停候處將工件140移動至壓盤142時，可使用已知 技術將工件140鉗夾(clamp)在壓盤142上，例如靜電晶圓鉗夾，其中利用靜電力將晶圓鉗 夾在壓盤上。端站128也可包括本領域習知的壓盤驅(qū)動系統(tǒng)152來以所希望的方式移動壓 盤142。壓盤驅(qū)動系統(tǒng)152可被稱為機械掃描系統(tǒng)?？刂破?18可從離子植入機100的組件接收輸入資料并對其進行控制。為了清楚 說明，在圖1中并未繪示從控制器118至離子植入機100的組件的輸入/輸出路徑?？刂?器118可以是或包括通用型電腦(general-purposecomputer)或通用型電腦網(wǎng)絡，其可編 程成執(zhí)行所希望的輸入/輸出功能?？刂破?18還包括其他電子電路或組件，例如專用集 成電路(applicationspecific integrated circuit)、其他硬件或可編程的電子裝置、離散元件電路(discrete element circuit)等?？刂破?18還可包括用戶介面裝置(諸如 觸摸屏、用戶指向裝置(user pointing device)、顯示器、印表機等)以允許用戶輸入命令 和/或資料和/或監(jiān)控離子植入系統(tǒng)100?？刂破?18還包括通訊裝置和資料儲存裝置。提供至工件140表面的離子束152可為掃描離子束。其他離子植入系統(tǒng)可提供點 狀束或帶狀束。依據(jù)點狀束的特性，一實例中的點狀束可具有特定直徑的近似圓形的橫截 面。帶狀束可具有大的長寬比并可至少與工件140 —樣寬。使用帶狀束或固定點狀束的系 統(tǒng)不需要掃描器124。離子束152可為任何類型的帶電粒子束，例如，用以植入工件140的 高能離子束。工件140可采用各種實體形狀，例如常見的碟狀。工件140可為由要使用離 子束152進行植入的由任意類型的半導體材料(諸如硅或他其材料)制造的半導體晶圓。離子源102、氣體盒106和終端電子裝置105可定位于由終端結(jié)構(gòu)104定義的空 腔110內(nèi)。終端電子裝置105可控制終端結(jié)構(gòu)104內(nèi)的組件的操作，并且還能夠與控制器 118進行通訊。擷取電源107可耦接至離子源102。擷取電源107可提供電壓位準(Vx)來 從離子源102擷取并加速離子。在一實施例中，擷取電源可提供20kV至120kV范圍內(nèi)的電 壓(Vx)。另一加速電源109可耦接于終端結(jié)構(gòu)104和接地外殼112之間以相對于地 (ground)將終端結(jié)構(gòu)104偏置于正電壓(Va)0在一實施例中，加速電源109可提供另一電 壓位準(Va)，其最大電壓在200kV至l，000kV的范圍內(nèi)，并且在一實施例中至少為400kV。 因此，在一些實例中，終端結(jié)構(gòu)104可被賦能至200kV至1，OOOkV之間的高壓。在其他實 例中，終端結(jié)構(gòu)104根本不被賦能或賦能至僅取決于離子束152的所希望能量的標稱值 (nominal value) 0盡管為了描述清楚僅而繪示了一個加速電源109，但可以利用兩個或更 多個電源來提供所希望的最大高壓位準(Va)0在一些實例中，終端結(jié)構(gòu)104在離子植入機100的操作期間被賦能到至少 400kV (例如，在一實施例中為670kV)。絕緣導體103設置于終端結(jié)構(gòu)104的外部附近以改 變終端結(jié)構(gòu)104周圍的電場。絕緣導體103包括設置于導體周圍的絕緣體，絕緣體的介電 強度大于75千伏/英時(kV/inch)。由于導體的高壓和小半徑，導體表面上的電應力很高。 因此，可將具有最佳厚度的絕緣體設置于導體周圍以降低電應力。絕緣導體103可由設置 于導體周圍的單個連續(xù)絕緣材料制成或由設置于導體周圍的絕緣材料區(qū)段部分來制成。同 樣，一旦電場線離開絕緣導體103的絕緣體，電壓將降低。藉此，相較于不具有這些絕緣導 體的終端結(jié)構(gòu)而言，絕緣導體103降低了終端結(jié)構(gòu)104和接地外殼112之間的空氣間隙111 中的電應力，并有助于在空氣間隙111內(nèi)形成更均勻的電場。換句話說，絕緣導體103可起 到電應力屏蔽的功能。因此，在相同的合理尺寸的接地外殼112內(nèi)，終端結(jié)構(gòu)104可被賦能 至更高的電壓位準，例如至少600千伏，而不是200千伏。或者，對于在約200千伏及更低 的相同較低終端電壓下的操作而言，相較于僅采用空氣的絕緣方案，絕緣導體103能夠使 空氣間隙111減少。 參照圖2，顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的終端結(jié)構(gòu)104的立體圖。終端結(jié)構(gòu)104可包 括基座275、一個或多個耦接至基座275的直立側(cè)壁204以及耦接至一個或多個直立側(cè)壁 204的頂部202。一直立側(cè)壁204可具有帶手柄242的門240以提供進入終端結(jié)構(gòu)104之 內(nèi)腔的人員入口(access)。終端結(jié)構(gòu)104的一直立側(cè)壁204可由一實心材料件或任意多個 分離件制造而成。盡管已繪示為實心件，但終端結(jié)構(gòu)104的頂部202也可由形成一導體網(wǎng)格(mesh)的多個間隔導體制成，以允許空氣流經(jīng)網(wǎng)格的開口?！愣?，一個或多個絕緣導體設置于具有過量電應力的終端結(jié)構(gòu)104的部分外 表面周圍。如圖2所示，頂部絕緣導體201設置于終端結(jié)構(gòu)104的頂部邊緣270的整個周 邊附近，而底部絕緣導體203設置于終端結(jié)構(gòu)104的底部邊緣272的整個周邊附近。盡管 頂部和底部絕緣導體201和203定位于各自邊緣270、272的整個周邊附近，但其他實施例 可具有放置絕緣導體的附加外部或其他外部。這些部分可包括但不限于水平邊緣、垂直邊 緣、拐角以及終端結(jié)構(gòu)104與外部部件交界的開口或介面。外部部件可包括發(fā)電機或應用 介面。在一實例中，球形絕緣導體定位于終端結(jié)構(gòu)104的拐角附近。多個托架208可耦接至終端結(jié)構(gòu)104和關聯(lián)的絕緣導體201、203，以將絕緣導體 201,203支撐于終端結(jié)構(gòu)104的外部附近。托架的數(shù)量和位置取決于絕緣導體201、203的 特性、終端結(jié)構(gòu)104的幾何形狀以及托架的類型。托架可具有一長度以使絕緣導體201和 203能定位成距終端結(jié)構(gòu)104的外部所希望的距離。所希望的距離從幾乎為零(近似接觸) 至周圍空氣間隙所允許的最大距離。在一實施例中，所希望的距離至少為1.5英時。托架 (例如托架208)可由導電或非導電材料或者包括導電和非導電材料的復合材料制成。參照圖3，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖2的線A-A的絕緣導體201的一實施 例的橫截面圖。絕緣導體201包括設置于導體302周圍的絕緣體205，絕緣體205的介電強 度大于75千伏/英時。在一實施例中，絕緣體 205可為固體絕緣體。固體絕緣體可包括但 并不P艮于復合泡沫(syntacticfoam)、氣化聚氣乙；！；希(chlorinated polyvinyl chloride, CPVC)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)、乙烯三氟氯乙烯(ethylenec hlorotrifluoroethyIene, ECTFE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethyIene, PTFE)或聚 酰亞胺(polyimide)(如kapton)。復合泡沫可包括設置于填充復合物(諸如環(huán)氧樹脂或 硅)周圍的中空玻璃球(hollow glass spheres)和/或聚合體小球。在一實施例中，對于 0. 25英時厚的測試實例，復合泡沫絕緣體的平均介電強度約300千伏/英時。在其他實施 例中，固體絕緣體的介電強度大于150千伏/英時。或者，絕緣體205可具有定義內(nèi)腔的腔 壁(chamber wall)，并且內(nèi)腔填充液體絕緣體或氣體絕緣體。液體絕緣體可包括但并不限 于油。氣體絕緣體可包括但并不限于二氧化碳(carbon dioxide，CO2)、六氟化硫(sulphur hexafluoride, SF6)或加壓的空氣。一些氣體可不必加壓，這取決于其非加壓的介電強度。 也可以采用真空絕緣和/或任意組合來形成一種復合絕緣。導體302可為具有中空橫截面 或?qū)嵭臋M截面的高壓導體。絕緣導體201可制成單個整體或由絕緣導體區(qū)段接合而成。電源310可對終端結(jié)構(gòu)104及導體302進行賦能。在一實施例中，電源310配置 成將導體302賦能至第一電壓，并且將終端結(jié)構(gòu)104賦能至相同的第一電壓(例如，終端電 壓(Vt))。在一實施例中，此終端電壓為至少400kV。在一實例中，此終端電壓也可為DC電 壓。如果托架208由導電材料制成，電源310可提供電壓至終端結(jié)構(gòu)104，其同樣可經(jīng)由導 電托架208提供至導體302。如果托架208由非導電材料制造，獨立的導體308可將電源 310電性耦接至導體302。導體308可經(jīng)托架208中的開口來饋送。使用獨立的導體308 還能夠使導體302被賦能至不同于終端電壓(Vt)的電壓位準。非加壓的空氣可存在于終端結(jié)構(gòu)104及絕緣導體201周圍的接地外殼112內(nèi)。在 假定的條件下，非加壓的空氣的介電強度小于或等于約75千伏/英時。此介電強度可隨相 對濕度、離子植入機具體位置的海拔(即，空氣壓力)、分離距離及電極表面光潔度而改變。溫度同樣影響空氣的擊穿強度(breakdown strength)。本質(zhì)上，溫度和壓力(PV = nRT)變 化顯示了實際改變的是空氣密度。空氣密度通過壓力和溫度而影響擊穿強度。 作為對這些變化的安全考慮，在一實例中，采用小于或等于空氣的45千伏/英時 的介電強度可作為設計規(guī)則。在任何情況下，希望絕緣導體201外部的電場應力降低至與 針對空氣而選擇的設計規(guī)則一致的值，即使終端結(jié)構(gòu)104被賦能至600至1，OOOkV。以這種 方式，絕緣導體201和接地外殼112之間的剩余空氣間隙(例如，距離Dl)足以在不發(fā)生電 性擊穿(例如，電弧放電)的情況下來絕緣該終端結(jié)構(gòu)104。絕緣導體201的幾何形狀因此可選擇成使絕緣導體201外表面的電場應力低于針 對空氣而選擇的設計規(guī)則。在一些實施例中，依據(jù)選擇的特定絕緣體的介電強度和針對絕 緣體205表面的空氣所使用的設計規(guī)則，絕緣體205的外徑(ODl)可在8英時和16英時之 間。依據(jù)絕緣體205中的可用空間及導體302的直徑，導體302的中心從絕緣體205的中 心319偏離的偏離距離(OSl)在從0至3.0英時的范圍內(nèi)。在一特定實施例中，絕緣體205 是外徑(ODl)為11英時的復合泡沫，導體302的直徑為4英時，并與絕緣體205的中心間 隔3. 0英時的偏離距離(OSl)，并且托架208的長度能使絕緣導體201定位成距終端結(jié)構(gòu) 104約1. 5英時的距離(D2)。此外，當連接至電源310時絕緣導體201產(chǎn)生靜電力并因此吸引金屬和非金屬粒 子。同樣，覆蓋該導體302的絕緣材料205可呈現(xiàn)靜電特性并因此吸引金屬和非金屬粒子。 金屬和非金屬粒子存在于絕緣導體201表面上可能會危害終端結(jié)構(gòu)104的高電壓性能。金屬和非金屬粒子可存在于終端結(jié)構(gòu)104和接地外殼112之間的空氣間隙111 中。金屬和非金屬粒子可被吸引至絕緣導體201的表面上，并引起周圍空氣的擊穿。絕緣 導體201的表面上的電場應力可引起周圍空氣的擊穿。絕緣導體201表面上的電場應力可 包括切向電場應力和法向電場應力。位于絕緣導體201表面上的金屬和非金屬粒子可產(chǎn)生 大量電場應力并且引起粒子周圍空氣擊穿并形成電暈放電(corona discharge).由電暈 形成的帶電粒子可由沿絕緣導體201表面的切向電場驅(qū)動并形成閃絡(flashover)或電弧 (arc)。藉由消除或降低該絕緣導體201表面上的切向電場應力可降低閃絡或電弧。藉由 在絕緣導體201的表面上提供介質(zhì)鰭片320來中斷切向電場的連續(xù)流動，使絕緣導體201 更能抵抗該絕緣導體201表面上的粒子(即，局部電場應力)。單個或多個介質(zhì)鰭片320可位于絕緣導體201的外周面上的不同位置以中斷切向 電場應力并提供零切向電場應力區(qū)域，藉此使絕緣導體201更能抵抗金屬和非金屬粒子的 積聚。同樣，介質(zhì)鰭片320可改變沿追蹤路徑(tracking path)的電場應力分布，并延長表 面追蹤長度。如圖3所示，二介質(zhì)鰭片320可平行延伸至終端結(jié)構(gòu)104的頂部、基座或側(cè) 壁。介質(zhì)鰭片320的尺寸可設計成足以中斷絕緣導體201表面上的切向電場。例如，介質(zhì) 鰭片320可近似為4英時長且2英時寬。同樣，介質(zhì)鰭片320可定位于距終端結(jié)構(gòu)201 — 定距離(D3)。例如，介質(zhì)鰭片320可定位成距離終端結(jié)構(gòu)104近似為4. 3英時。此外，介質(zhì) 鰭片320和絕緣導體201的連接部可彎曲或具有平滑表面以降低電場應力。介質(zhì)鰭片320 中斷切向電場并且藉此提供間斷的表面放電路徑并降低絕緣導體201對不希望粒子的存 在的敏感度。參照圖4，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖3所示的絕緣導體201表面的電場應 力的曲線圖。圖4繪示了沿絕緣導體201表面的周向距離的切向電場應力、法向電場應力以及總電場應力的圖形。如Y軸所示，以千伏/英時(kv/in)為單位來量測絕緣導體201表 面上的電場應力。從與終端結(jié)構(gòu)104的連接處開始沿周面并返回此連接處的絕緣導體201 的周向距離繪示于X軸上。例如，第一介質(zhì)鰭片320可近似位于沿絕緣導體201表面的周 向距離的8英時標記處。因此，如圖4所示，在第一介質(zhì)鰭片320的位置處，絕緣導體201 表面上的切向電場應力低于零。同樣，第二介質(zhì)鰭片320可近似位于沿絕緣導體201表面 的周向距離的32英時標記處。在第二介質(zhì)鰭片320位置處，絕緣導體201表面上的切向電 場應力同樣低于零。參照圖5，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖2的線 A-A的絕緣導體201的另一實 施例的橫截面圖。三個不同尺寸的介質(zhì)鰭片320可平行于終端結(jié)構(gòu)104的頂部、基座或側(cè)壁 而定位。同樣，多個介質(zhì)鰭片320可平行于終端結(jié)構(gòu)104的多個側(cè)壁204而定位。根據(jù)不 同實施例，介質(zhì)鰭片320可彼此緊鄰或彼此遠離地成簇定位。如圖5所示，介質(zhì)鰭片320的 長度可以變化。例如，中間介質(zhì)鰭片320的長度可近似兩倍于位于其兩側(cè)的介質(zhì)鰭片320。 此外，根據(jù)不同實施例，介質(zhì)鰭片320的寬度可以變化。參照圖6，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖5所示的絕緣導體201表面的電場應 力的曲線圖。圖6繪示了沿絕緣導體201表面的周向距離的切向電場應力、法向電場應力 及總電場應力的曲線圖。如Y軸所示，以千伏/英時(KV/in)為單位來量測該絕緣導體201 表面上的電場應力。從與終端結(jié)構(gòu)104的連接處開始沿周面并回到連接處的絕緣導體201 的周向距離繪示于X軸上。如圖6中所示，沿絕緣導體201表面的周向距離的多個位置處 的切向電場應力低于零。沿絕緣導體201表面的切向應力低于零的多個位置指示了圖5中 所示的三個介質(zhì)鰭片320的位置。參照圖7，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖2的線A-A的絕緣導體201的另一實 施例的橫截面圖。多個介質(zhì)鰭片320繞絕緣導體201的周面而均勻地間隔著。同樣，多個 介質(zhì)鰭片320可繞絕緣導體201的周面而非均勻地間隔著。根據(jù)不同實施例，介質(zhì)鰭片320 的尺寸可繞絕緣導體201的周向距離而發(fā)生變化。此外，介質(zhì)鰭片320的寬度可繞絕緣導 體201的周向距離而發(fā)生變化。參照圖8，其顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的沿圖7所示的絕緣導體103表面的靜電應 力的曲線圖。圖8繪示了沿絕緣導體201表面的周向距離的切向電場應力、法向電場應力 及總電場應力。如Y軸所示，可以千伏/英時(KV/in)為單位來量測絕緣導體201表面上 的電場應力。從與終端結(jié)構(gòu)104的連接處開始沿周面并回到連接處的絕緣導體201的周向 距離繪示于X軸上。如圖8所示，沿絕緣導體201的周向距離的多個位置處的切向電場應 力低于零。切向應力低于零的多個位置繪示了圖7所示的多個介質(zhì)鰭片320的位置。本發(fā)明并不限于由本案所描述的特定實施例所限定的范圍。實際上，除了本案已 描述的實施例，本發(fā)明的其他各種實施例和潤飾是本領域孰知此技術者通過前述描述和附 圖顯而易見的。因此，這些其他實施例和潤飾旨在落入本發(fā)明的范圍。此外，盡管本發(fā)明已 在用于特定目的的特定環(huán)境中以特定實施例為背景進行了描述，但本領域熟知此項技術者 應意識到其效用并不限于此，并且本發(fā)明可有利地用于出于任意目地的任意環(huán)境中。因此， 以下闡明的權利要求書應根據(jù)本發(fā)明的最寬范圍和精神來進行解釋。
權利要求
一種離子植入機，其特征在于包括離子源，配置成提供離子束；終端結(jié)構(gòu)，定義一空腔，所述離子源至少部分地設置于所述空腔內(nèi)；絕緣導體，具有至少一介質(zhì)鰭片，所述介質(zhì)鰭片設置于所述終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改變電場。
2.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的絕緣導體配置成被賦能 至第一電壓，并且所述終端結(jié)構(gòu)配置成被賦能至所述第一電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的離子植入機，其特征在于其中所述的第一電壓為至少400kV。
4.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其還包括耦接至所述終端結(jié)構(gòu)和所 述絕緣導體的托架，所述托架配置成將所述絕緣導體支撐于所述外部附近。
5.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的終端結(jié)構(gòu)的所述外部包 括所述終端結(jié)構(gòu)的頂部邊緣的周邊及所述終端結(jié)構(gòu)的底部邊緣的周邊，并且所述絕緣導體 包括設置于所述頂部邊緣周邊附近的頂部絕緣導體以及設置于所述底部邊緣周邊附近的 底部絕緣導體。
6.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的絕緣導體包括設置于絕 緣體內(nèi)的導體。
7.根據(jù)權利要求6所述的離子植入機，其特征在于其中所述的絕緣體包括定義一內(nèi)部 的管狀構(gòu)件，所述導體設置于所述內(nèi)部內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求6所述的離子植入機，其特征在于其中所述的絕緣體包括氯化聚氯乙 烯(CPVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯三氟氯乙烯(ECTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺 或硅復合泡沫。
9.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的至少一介質(zhì)鰭片包括設 置于所述終端結(jié)構(gòu)的所述外部附近的第一介質(zhì)鰭片和第二介質(zhì)鰭片。
10.根據(jù)權利要求9所述的離子植入機，其特征在于其中所述的終端結(jié)構(gòu)的所述外部 包括所述終端結(jié)構(gòu)的第一側(cè)及所述終端結(jié)構(gòu)的第二側(cè)，并且所述第一介質(zhì)鰭片設置于所述 終端結(jié)構(gòu)的所述第一側(cè)附近以及所述第二介質(zhì)鰭片設置于所述終端結(jié)構(gòu)的所述第二側(cè)附 近。
11.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的至少一介質(zhì)鰭片包括 設置于所述終端結(jié)構(gòu)的所述外部附近的第一介質(zhì)鰭片、第二介質(zhì)鰭片及第三介質(zhì)鰭片。
12.根據(jù)權利要求11所述的離子植入機，其特征在于其中所述的第一介質(zhì)鰭片、所述 第二介質(zhì)鰭片及所述第三介質(zhì)鰭片設置于所述終端結(jié)構(gòu)的一側(cè)附近。
13.根據(jù)權利要求11所述的離子植入機，其特征在于其中所述的第一介質(zhì)鰭片、所述 第二介質(zhì)鰭片及所述第三介質(zhì)鰭片中的至少一個以不同長度來制造。
14.根據(jù)權利要求1所述的離子植入機，其特征在于其中所述的至少一介質(zhì)鰭片包括 繞所述絕緣導體的周向表面而分布的多個介質(zhì)鰭片。
15.根據(jù)權利要求14所述的離子植入機，其特征在于其中所述的多個介質(zhì)鰭片繞所述 絕緣導體的所述周向表面而均勻地分布。
16.根據(jù)權利要求14所述的離子植入機，其特征在于其中所述的多個介質(zhì)鰭片繞所述 絕緣導體的所述周向表面而非均勻地分布。
17.一種改良離子植入機穩(wěn)健性的方法，其特征在于其包括以下步驟從離子源產(chǎn)生離子束；利用設置于所述終端結(jié)構(gòu)的外部附近的具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體來改變電場。
18.根據(jù)權利要求17所述的改良離子植入機穩(wěn)健性的方法，其特征在于其中改變所述 電場包括利用所述具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體來改變切向電場。
19.根據(jù)權利要求17所述的改良離子植入機穩(wěn)健性的方法，其特征在于其中改變所述 電場還包括利用所述具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體來增加追蹤距離。
20.根據(jù)權利要求17所述的改良離子植入機穩(wěn)健性的方法，其特征在于其中藉由繞所 述絕緣導體的周向表面而設置多個介質(zhì)鰭片來利用所述絕緣導體以改變所述電場。
21.一種離子植入機，其特征在于包括終端結(jié)構(gòu)，具有絕緣導體，所述絕緣導體具有至少一介質(zhì)鰭片，所述介質(zhì)鰭片設置于所 述終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改變電場。
22.根據(jù)權利要求21所述的離子植入機，其特征在于其還包括配置成提供離子束的離 子源。
23.根據(jù)權利要求21所述的離子植入機，其特征在于其還包括耦接至所述終端結(jié)構(gòu)及 所述絕緣導體的托架，所述托架配置成將所述絕緣導體支撐于所述外部附近。
24.根據(jù)權利要求21所述的離子植入機，其特征在于其中所述的絕緣導體包括設置于 絕緣體內(nèi)的導體。
25.—種終端結(jié)構(gòu)，其特征在于包括絕緣導體，具有至少一介質(zhì)鰭片，所述介質(zhì)鰭片設置于所述終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改 變電場。
全文摘要
一種具有含介質(zhì)鰭片的絕緣導體的離子植入機終端結(jié)構(gòu)。在一實施例中，離子植入機終端結(jié)構(gòu)可由含一個或多個介質(zhì)鰭片的絕緣導體來實現(xiàn)。例如，離子植入機可包括配置成提供離子束的離子源。離子植入機還包括定義空腔的終端結(jié)構(gòu)，其中離子源可至少部分地設置于空腔內(nèi)。離子植入機還包括具有至少一介質(zhì)鰭片的絕緣導體，此介質(zhì)鰭片設置于終端結(jié)構(gòu)的外部附近以改變電場。
文檔編號H01J37/00GK101802963SQ200880106475
公開日2010年8月11日 申請日期2008年8月25日 優(yōu)先權日2007年8月27日
發(fā)明者卡森·D·泰克雷特薩迪克, 史蒂夫·E·克勞斯, 拉塞爾·J·羅, 艾立克·D·赫爾曼森, 道格拉斯·梅 申請人:瓦里安半導體設備公司